南京大學教授朱鴻鵠：啃下硬骨頭你就站在科學最前沿

1966年，華裔物理學家高錕開創性地提出了用光導纖維傳輸信息的構想，開啟光纖通信元年。如今，光纖已進入千家萬戶，成為現代通信的主要傳輸介質。鮮為人知的是，光纖還能夠作為大地的「感知神經」，實現對滑坡災害的實時監測預警。這便是南京大學大地探測與感知研究院院長朱鴻鵠的主要科研目標。「我們的研究必須始終與國家需求緊密結合，以解決實際問題為導向，努力實現科技自立自強。」十餘年來，朱鴻鵠教授團隊圍繞滑坡光纖監測開展了深入研究，在感測光纜與滑坡體界面耦合力學建模、地下深部滑移面辨識、滑坡-管線相互作用等方面取得了一批重要成果。 「這是一片藍海，只要能啃下硬骨頭，你就站在科學最前沿。」在香港讀博期間，導師的這句鼓勵，一直是朱鴻鵠前行的明燈。 ●香港文匯報記者 陳旻 南京報道

滑坡是中國最為常見、危害最大的一類地質災害，具有規模大、隱蔽性強、跨越區域多、影響因素複雜等特點，常規的監測技術在覆蓋面、精準度、實時性等方面存在不足，難以實現災害的精準預測預報。而光纖傳感器的優勢在於體積小巧、靈敏度高、耐久性好、可實現分布式監測，在滑坡監測領域具有巨大的應用潛力。

汶川震區 初試身手

2008年5月12日，四川汶川發生8.0級大地震，造成了巨大的人員傷亡與財產損失，並誘發了數以萬計的滑坡。當時正在香港攻讀博士學位的朱鴻鵠聞訊後，當即與導師溝通如何將最新研發的光纖深部測斜技術運用於抗震救災前線。

由於強震誘發了巨量的鬆散固體物質，在雨季極易出現滑坡、泥石流，其變形量遠遠超出常規監測設備的量程（測量範圍）。朱鴻鵠苦苦思考、反覆試驗，終於創建了一個全新的分段彎樑元件設計方案，徹底攻破了滑坡深部大變形的光纖監測難題。

朱鴻鵠和師弟們緊急趕赴受災最為嚴重的北川縣魏家溝布設光纖感測設備。「現場環境極其惡劣，山體十分鬆散，餘震隨時會發生。」朱鴻鵠說，「我們爬上山坡去布設光纖傳感器，每走一步都相當艱難。更重要的是，一旦發生滑坡、泥石流，將立刻危及災民安置點。」在中科院成都山地所崔鵬院士團隊的配合下，他們成功監測獲得了山體的變形模式和發展趨勢，保障了當地受災群眾的人身安全。

經此一役，朱鴻鵠切身體會到將科研成果應用於實踐、造福於民所帶來的無限快樂。

三峽庫區 攻堅作戰

2010年，朱鴻鵠進入南京大學任教，在工程地質學科帶頭人、光電傳感監測專家施斌教授的指導下，繼續從事地質災害監測領域的研究。他接手的第一個科研任務就是長江三峽庫區的滑坡監測。

三峽水庫於2003年開始蓄水，2008年啟動175米水位試驗性蓄水。在此後的長達數百年運行期內，三峽庫區水位將在145米-175 米之間周期性波動，由此可能會誘發大量的庫岸滑坡，監測預警任務緊急而繁重。

在國家「973」計劃、「十二五」科技支撐計劃和國家重點研發計劃等多項課題的連續資助下，朱鴻鵠抓住該類滑坡的應力-滲流耦合特徵，馬不停蹄地投入到光纖多場感測系統的研發工作中。

在野外考察時他發現，多數滑坡呈現長期蠕滑和多級滑面的特徵，能否準確預警的關鍵是要找到其中的臨界滑裂面，並對該處剪切帶位移的發展規律進行精細化監測。「這實際上是一個界面力學問題。」朱鴻鵠解釋道，「把應變感測光纜豎直埋入滑坡鑽孔中，只要闡明光纜、回填料和周圍岩土體之間的協調變形機理，就可以實現高精度、低成本的滑面探測。」

在大量的室內標定試驗和原位實測的基礎上，朱鴻鵠建立了考慮剪滯應力傳遞的光纜-岩土耦合感測界面力學模型，實現了從光纜應變到剪切位移的推算，並應用於三峽庫區馬家溝、新鋪和藕塘等庫岸滑坡監測中，為揭示此類滑坡的蠕滑機理、判識演化階段提供了重要的數據支撐，相關成果入選2017年度中國地質學會十大地質科技進展。

與此同時，朱鴻鵠敏銳地發現，三峽庫區現存很多油氣和輸水管線，因管道損傷、破裂對滑坡具有災害放大效應，因此必須嚴密監控其變形。而分布式傳感光纖尤為適用於線狀工程的監測，將其沿管線長度方向布設方便可行，既可以在線監測長距離管線的變形、滲漏，又能對沿線的潛在滑坡點進行無盲區的監測和判識，可謂一舉兩得。

南水北調 成功應用

經過嚴謹論證，朱鴻鵠團隊提出了用於管道變形監測的改進共軛樑算法，結合無網格物質點模擬技術，揭示了滑坡易發區地下管線的典型破壞模式，提出了基於光纖實測信息的管線安全性評價體系。經過朱鴻鵠的倡議和積極推廣，目前該技術已經在重慶奉節新鋪滑坡輸水管道、重慶武陵山天然氣管道和南水北調輸水工程等項目中得到了成功應用。